• Structural Engineering and Mechanics
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• 제3권2호
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• pp.193-199
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• 1995

Two kinds of special 3-dimensional 12-node finite elements-each one contains a traction-free planar surface-have been developed based on Hellinger-Reissner principle by assumed stress hybrid method. Example solutions have demonstrated the advantage of using these special elements for analyzing plates and solids with rectangular holes.

• Structural Engineering and Mechanics
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• 제7권2호
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• pp.203-216
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• 1999

A previously proposed finite element formulation method is refined and modified to generate a new type of elements. The method is based on selecting a set of general solution modes for element formulation. The constant strain modes and higher order modes are selected and the formulation method is designed to ensure that the element will pass the basic single element test, which in turn ensures the passage of the basic patch test. If the element is to pass the higher order patch test also, the element stiffness matrix is in general asymmetric. The element stiffness matrix depends only on a nodal displacement matrix and a nodal force matrix. A symmetric stiffness matrix can be obtained by either modifying the nodal displacement matrix or the nodal force matrix. It is shown that both modifications lead to the same new element, which is demonstrated through numerical examples to be more robust than an assumed stress hybrid element in plane stress application. The method of formulation can also be used to arrive at the conforming displacement and hybrid stress formulations. The convergence of the latter two is explained from the point of view of the proposed method.

• Structural Engineering and Mechanics
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• 제6권8호
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• pp.883-899
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• 1998

The strength, deformation and buckling of a large engineering structure consisting of four ellipsoidal shells, two cylindrical shells with stiffening ribs and large holes, one conical shell and three pairs of large flanges under external pressure, self weight and heat sinks have been analysed by using two kinds of five different finite elements - four assumed displacement finite elements (shell element with curved surfaces, axisymmetric conical shell element with variable thickness, three dimensional eccentric beam element, axisymmetric solid revolutionary element) and an assumed stress hybrid element (a 3-dimensional special element developed by authors). The compatibility between different elements is enforced. The strength analyses of the top cover and the main vessel are described in the paper.

• 대한기계학회:학술대회논문집
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• 대한기계학회 2000년도 추계학술대회논문집A
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• pp.464-469
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• 2000

In order to analyze effectively the discontinuous parts such as holes or notches included in mechanical structures by the finite element method, a singular finite element for orthotropic materials. is proposed. This singular element is formulated by the Trefftz method and the hybrid variational principles, which the displacements and stresses are simultaneously assumed using the Trefftz functions. Through several numerical tests, it is shown that the proposed singular element is very efficient for the accurate stress analysis of the various types of discontinuous parts.

• 전산구조공학
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• 제5권2호
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• pp.105-118
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• 1992

Static performance was compared for the triangular plate elements through some numerical experiments. Four Kirchhoff elements and six Mindlin elements were selected for the comparison. Numerical tests were executed for the problems of rectangular plates with regular and distorted meshes, rhombic plates, circular plates and cantilever plates. Among the Kirchhoff 9 DOF elements, the discrete Kirchhoff theory element was the best. Element distortion and the aspect ratio were shown to have negligible effects on the displacement behaviour. The Specht's element resulted in better results than the Bergan's but it was sensitive to the aspect ratio. The element based on the hybrid stress method also resulted in good results but it assumed to be less reliable. Among the linear Mindlin elements, the discrete shear triangle was the best in view of reliability, accuracy and convergence. Since the thin plate behaviour of it was as good as the DKT element, it can be used effectively in the finite element code regardless of the thickness. As a quadratic Mindlin element, the MITC7 element resulted in best results in almost all cases considered. The results were at least as good as those of doubly refined meshes of linear elements.

• Structural Engineering and Mechanics
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• 제54권5호
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• pp.877-890
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• 2015

This paper aims to fill the technical gap on the elastic buckling behavior of functionally graded material (FGM) grid systems under inplane loads on which few research has been done. Material properties of an FG beam are assumed to vary smoothly in the thickness direction according to power and exponential laws. Based on a hybrid-stress finite element formulation, buckling solutions for FGM grid systems consisting of various aspect ratios and material gradation are provided. The numerical results demonstrate that the aspect ratio and material gradation play an important role in the buckling behavior of FGM grid systems. We believe that the new results obtained from this study, will be very useful to designers and researchers in this field.

• 한국기계가공학회지
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• 제19권5호
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• pp.27-37
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• 2020

Structural optimization problems with discrete design variables require more function calculations (or finite element analyses) than those in the continuous design space. In this study, a method to find an optimal solution in the discrete design of the truss structure is presented, reducing the number of function calculations. Because a continuous optimal solution is the Karush-Kuhn-Tucker point that satisfies the optimality condition, it is assumed that the discrete optimal solution is around the continuous optimum. Then, response values such as weight, displacement, and stress are predicted using approximate models-referred to as hybrid metamodels-within specified design ranges. The discrete design method using the hybrid metamodels is used as a post-process of the continuous optimization process. Standard truss design problems of 10-bar, 25-bar, 15-bar, and 52-bar are solved to show the usefulness of this method. The results are compared with those of existing methods.

• 대한기계학회논문집A
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• 제38권2호
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• pp.193-203
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• 2014

터빈의 운전온도와 세라믹 입자크기를 고려한 경사기능재료(FGM)로 만들어진 회전하는 가스터빈 블레이드의 열전달해석 및 응력해석을 수행하였다. 경사기능성 블레이드는 벽 두께에 따라서 연속적인 재료물성 변화를 나타낸다. 이러한 경사기능재료의 특성과 온도에 따른 열전 재료물성 변화를 고려하여 블레이드의 시스템 강성을 얻기 위해 블레이드의 열전달해석을 먼저 수행하였다. 이 열전달해석으로 얻은 시스템 강성으로부터 복합 변형 변수를 사용한 회전하는 가스터빈 블레이드의 운동방정식을 유도하였다. 유도된 운동방정식은 상용 유한요소 모델과 해석결과 비교를 통해 그 정확성을 입증하였으며 회전주파수와 구배 지수에 따른 최대 응력의 변화를 조사하였다. 또한, 열전달해석을 통해 가장 낮은 블레이드 온도를 나타내는 구배 지수를 조사하였다.

• 한국강구조학회 논문집
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• 제24권2호
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• pp.217-231
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• 2012

HSB 고강도 강재를 적용한 균일모멘트를 받는 세장 복부판을 갖는 강거더에 대하여 비탄성 횡비틂좌굴 거동을 상용 ABAQUS 프로그램을 이용하여 비선형 유한요소해석으로 분석하였다. 해석대상 강거더는 압축플랜지의 국부좌굴이 휨강도를 지배하지 않도록 플랜지는 조밀 또는 비조밀 요소에 해당하는 세장비를 갖도록 설계하였으며, 횡방향 비지지길이는 탄성 횡비틂좌굴 강도 이상의 휨강도를 갖도록 선정하였다. HSB600 및 HSB800 강재로 제작된 균질단면 강거더와 HSB800과 SM570-TMC 강재를 동시에 적용한 하이브리드 단면를 고려하였고, 일반강재와의 상대적인 비교를 위하여 SM490-TMC 균질단면 강거더에 대한 해석도 수행하였다. 비선형 유한요소해석 시에는 플랜지와 복부판을 쉘요소로, 강재는 탄소성-변형경화 재료로 모델링하였다. 초기변형과 단면의 잔류응력을 고려하였으며 이들이 비탄성 횡비틂좌굴 영역에서 휨거동에 미치는 영향을 분석하였다. 총 64개의 해석대상 강거더에 대하여 FE 해석과 설계식에 의한 휨저항강도를 비교한 결과, HSB 강재를 적용한 균질단면 및 하이브리드 단면 거더의 비탄성 횡비틂좌굴에 의한 휨강도는 현 AASHTO LRFD 압축플랜지 휨강도 탄성 설계규정을 적용하여 산정할 수 있는 것으로 분석되었다.

• Composites Research
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• 제31권5호
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• pp.177-185
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• 2018

섬유금속적층판은 금속과 섬유 강화 복합소재를 함께 적층한 하이브리드 재료 중 하나다. 섬유금속적층판은 계면의 접착층이 파괴되는 층간분리 현상이 발생할 수 있기 때문에 계면의 접착층에 대한 한계응력과 에너지 해방률을 실험적으로 도출해야만 한다. 하지만, 온도에 따른 에너지 해방률을 실험적으로 도출하는 과정에서 측정 장비의 사용 온도에 대한 제약을 받는다. 따라서, 본 연구에서는 Levenberg-Marquardt 기법을 기반한 역해석 기법을 사용하여 접착층에 대한 모드 I 한계응력과 에너지 해방률에 대한 예측 가능성을 확인하는 것이 목표다. 먼저, 한계응력은 접착층의 인장강도와 같다고 가정하였으며, 에너지 해방률은 DCB 시험(double cantilever beam test)을 수행하여 정의하였다. 또한, 유한요소법 기반 모델을 적용하여 한계응력과 에너지 해방률을 수치해석적으로 예측할 수 있는 지 확인하였다. 그 후, Levenberg-Marquardt 기법을 유한요소법 기반 모델에 적용하여 모드 I 한계응력과 에너지 해방률을 수치해석적으로 예측하였다. 아울러, 본 연구에서 사용한 역해석 기법의 수렴성을 확보하기 위하여 두 가지 경우의 초기 매개변수에 대한 역해석을 추가적으로 수행하였다. 결과적으로, 본 연구에서 사용한 역해석 기법은 모드 I 한계응력과 에너지 해방률을 효과적으로 예측할 수 있음을 보였다.